Die Netto-Primärproduktivität steuert die Unsicherheitsquellen, die den globalen organischen Bodenkohlenstoff bei Landnutzungsänderungen antreiben

Warum der Boden unter unseren Füßen wichtig ist

Böden speichern still und leise mehr Kohlenstoff als alle Pflanzen der Welt zusammen und die Atmosphäre zusammen und sind damit ein wirkungsvolles Hebelstück im Kampf gegen den Klimawandel. Wenn wir Wälder roden, Ackerflächen ausweiten oder neue Bäume pflanzen, verändern wir, wieviel Kohlenstoff in den Boden gelangt und wieviel ihn verlässt. Dennoch sind sich Forschende noch uneinig, ob diese Landnutzungsänderungen Böden insgesamt zu einer Kohlenstoffquelle oder -senke für den Planeten machen. Diese Studie geht diesem Rätsel nach und zeigt, dass das jährliche Pflanzenwachstum die größte Ursache für Unterschiede in globalen Modellen der Boden-Kohlenstoffveränderung ist.

Die sich verändernde Gestalt der Landschaft

Im vergangenen Jahrhundert haben Menschen etwa ein Drittel der Landfläche der Erde durch Abholzung, Landwirtschaft, Beweidung, Urbanisierung und Aufforstung verändert. Diese Verschiebungen, bekannt als Landnutzungs- und Landbedeckungsänderungen, verändern das Gleichgewicht zwischen dem Kohlenstoff, der durch Pflanzenwachstum in die Böden gelangt, und dem Kohlenstoff, der durch Zersetzung wieder verloren geht. Wenn Wälder etwa in Ackerland umgewandelt werden, führen kürzere Vegetationsperioden, Ernten, die Biomasse entnehmen, und Pflügen, das den Boden stört, oft zu einer Reduktion des Bodenkohlenstoffs. Im Gegensatz dazu hat großflächige Aufforstung in Regionen wie China das Pflanzenwachstum erhöht und in vielen Fällen auch den Bodenkohlenstoff steigen lassen. Da diese Effekte komplex sind und sich ungleichmäßig über den Globus verteilen, stützen sich Forschende auf umfangreiche Computermodelle, um das Nettosignal abzuschätzen.

Wie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vergrabenem Kohlenstoff nachspüren

Die Autorinnen und Autoren analysierten Ergebnisse von 35 modernen Computermodellen, die simulieren, wie Land, Vegetation und Klima im Laufe der Zeit interagieren. Diese Modelle sind in drei internationale Vergleichsgruppen organisiert, die jeweils unterschiedliche Klimadaten, Landnutzungsgeschichten und Darstellungen von Vegetation und Böden verwenden. Für jedes Modell verglich das Team gepaarte Simulationen: eine mit historischer Landnutzungsänderung und eine mit konstanter Landnutzung. Die Differenz zwischen den beiden zeigt, wieviel organischer Bodenkohlenstoff sich allein aufgrund menschlicher Landnutzungsentscheidungen seit 1901 verändert hat.

Ein gespaltenes Urteil über globale Bodenverluste und -gewinne

Die Modelle waren sich nicht einig, ob Landnutzungsänderungen den globalen Bodenkohlenstoff erhöht oder verringert haben. Eine Modellgruppe deutete darauf hin, dass die Böden insgesamt Kohlenstoff gewonnen haben, vor allem in nördlichen Regionen. Die beiden anderen Gruppen zeigten netto Verluste an Bodenkohlenstoff, besonders in den Tropen und in vielen gemäßigten Gebieten wie dem zentralen Vereinigten Staaten, Europa, China sowie Teilen Südamerikas und Afrikas. Regional hoben sich die Tropen in den meisten Modellen als Brennpunkte des Bodenkohlenstoffverlusts hervor; das spiegelt intensive Abholzung, warme und feuchte Bedingungen wider, die die Zersetzung beschleunigen, sowie Böden, die weniger mineralischen Schutz für organische Substanz bieten. Trotz der widersprüchlichen globalen Summen bestand weitgehende Einigkeit darüber, dass viele stark bewirtschaftete oder abgeholzte Regionen im letzten Jahrhundert an Bodenkohlenstoff verloren haben.

Pflanzenwachstum als größter unkalkulierbarer Faktor

Um zu verstehen, warum die Modelle abwichen, nutzten die Forschenden ein diagnostisches Rahmenwerk, das die Boden-Kohlenstoffveränderung in vier Komponenten aufteilt: Veränderungen im Pflanzenwachstum (dem Kohlenstoff, der in die Böden gelangt), Veränderungen in der Verweildauer des Kohlenstoffs im Boden, die Wechselwirkung zwischen diesen beiden und wie weit Böden von einem Gleichgewicht zwischen Eintrag und Verlust entfernt sind. In allen Modellgruppen drängten kürzere Verweilzeiten des Bodenkohlenstoffs die Böden beständig in Richtung Kohlenstoffverlust nach Landnutzungsänderungen. Anders gesagt: Wenn Landnutzungsänderungen oder Bewirtschaftung die Zersetzung beschleunigten, neigten Böden dazu, zur Kohlenstoffquelle zu werden. Die eigentliche Unsicherheit lag jedoch beim Pflanzenwachstum. In einigen Modellgruppen reduzierte Landnutzungsänderung die Pflanzenproduktion und trieb große Boden-Kohlenstoffverluste; in einer anderen Gruppe stieg das Pflanzenwachstum in vielen Regionen sogar genug an, um die beschleunigte Bodenumsatzrate mehr als auszugleichen und so zu netto Gewinnen zu führen. Das zeigt, dass die Darstellung des Vegetationswachstums und seiner Reaktion auf Landnutzung und Klima in den Modellen die dominierende Quelle der Meinungsverschiedenheit ist.

Was das für Klimaschutzmaßnahmen bedeutet

Aus Sicht einer breiten Leserschaft lautet die Botschaft der Studie, dass die Klimaauswirkung von Landnutzungsänderungen entscheidend von zwei Stellschrauben abhängt: wie stark Pflanzen wachsen und wie schnell Bodenkohlenstoff zerfällt. Alle Modelle stimmen darin überein, dass eine Beschleunigung der Bodenzerstörung durch Praktiken wie intensive Bodenbearbeitung, wiederholte Ernten oder schlecht gemanagte Abholzung den Bodenkohlenstoff verringert. Sie weichen jedoch darin ab, wie stark Wiederaufforstung, verbesserte Bewirtschaftung oder steigende Kohlendioxidkonzentrationen das Pflanzenwachstum so weit ankurbeln könnten, dass diese Vorräte wieder aufgebaut werden. Die Autorinnen und Autoren argumentieren, dass bessere langfristige Messungen der Pflanzenproduktivität und der Boden-Kohlenstoffumsatzraten, kombiniert mit neuen Daten und maschinellen Lernwerkzeugen, unerlässlich sind, um diese Unsicherheiten einzugrenzen. Werden diese Zahlen präziser ermittelt, verbessern sich die Schätzungen der globalen Kohlenstoffbudgets und es lassen sich Landnutzungs- und Landwirtschaftsstrategien entwickeln, die tatsächlich mehr Kohlenstoff sicher im Boden binden statt ihn in die Luft freizusetzen.

Zitation: Gang, C., Wei, N., Feng, C. et al. Net primary productivity orchestrates uncertainty sources driving global soil organic carbon under land use change. Commun Earth Environ 7, 285 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03312-6

Schlüsselwörter: Bodenkohlenstoff, Landnutzungsänderung, Pflanzenproduktivität, Kohlenstoffkreislauf, Klimaschutz